JPH038487B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、超音波を用いて通過する車両の車
高に関するデータを収集し、この車高データにも
とづいて車種を判別する装置に関する。

ここで車高とは、車両の最も高い一点の高さの
みならず、車両の縦断面形状の上縁における任意
の点の高さをいう。

従来の超音波を用いた車種判別装置は、路面上
方の所定高さ位置に設置された超音波送受波器を
含み、この超音波送受波器から一定周期で間欠的
にパルス状の超音波を路面に向けて送波し、路面
または車両で反射して戻つてくる超音波を受波
し、超音波が往復するのに要する時間を計測する
ことにより車両の有無の判定、車高の測定、車高
データにもとづく車種の判定を行なつていた。超
音波を間欠的に送波しているのは、送波超音波と
反射して戻つてくる超音波との混同を避けるため
であり、したがつて超音波送波後、反射して戻つ
てくる超音波の受波を待つて次の超音波が送波さ
れなければならなかつた。このため超音波送波周
期は比較的長い時間となり、車両の速度が速い場
合には正確な車両感知が期待できないという問題
があつた。たとえば、超音波送受波器が路面から
５ｍの高さ位置に設置されているとすると、音速
を340ｍ／ｓとすれば、超音波が路面との間を往
復するのに要する時間はおよそ30ｍｓである。車
両速度を100Km／ｈ、車長を４〜５ｍとすると、
この車両はおよそ150ｍｓで車両検知地点を通過
する。したがつて、超音波送波周期を30ｍｓとし
たとしても100Km／ｈで走行する車両に対しては
最大５点のサンプリングしか行なえないこととな
る。サンプリング・データがすべて有効であると
は限らないから、実際には有効データは３点程度
になるだろう。この程度のサンプリング点数で
は、部分的にしか車高を測定できないから、すな
わち車両の前、後部のみまたは車両の屋根のみの
車両データしか得られないから、正確な車種判別
は期待できないという問題がある。

発明の要点 この発明の目的は、高精度の車種判別が可能な
車種判別装置を提供することにある。

この発明による車種判別装置は、連続的に周波
数が変化させられた超音波信号を発生する手段、
路面上方に配置されこの超音波信号によつて連続
的に駆動される超音波送波器、路面上方に配置さ
れ、車両および路面からの反射波を受波する超音
波受波器、超音波受波器の出力信号を周波数復調
し、周波数の変化分を表わす信号を取出す手段、
送波超音波の周波数変化分を表わす信号と受波超
音波の周波数変化分を表わす信号とを比較して車
高を表わす信号を生成する手段、車両速度を検出
する手段、検出された車両速度により定まるサン
プリング周期で上記の車高を表わす信号をサンプ
リングする手段、およびサンプリングされた車高
データと、あらかじめ設定されている複数の車種
についての車高パターンとを比較して車種を判定
する手段、を備えていることを特徴とする。

この発明においては、車両の車高データを収集
するために超音波が連続的に送波され、路面、車
両などからの反射超音波が連続的に受波されてい
る。超音波の連続送波、受波は、超音波の周波数
を連続的にたとえば一定周期で変化させることに
より可能となつている。車高に関する正確な情報
が連続的に得られるので車高に関する情報は豊富
であり、したがつて正確な車種判定が可能とな
る。またこの発明においては、車両速度が測定さ
れ、この測定された車両速度にもとづいて車高を
表わす信号のサンプリング周期が決定されてい
る。したがつて、サンプリングされたデータに
は、車両の長さすなわち車長に関する情報がサン
プリング・データ数として含まれていることにな
る。この発明では、車高のみならず車長をも考慮
して車種が判定されているので、きわめて高精度
の車種判別が期待できる。

この発明の他の特徴および詳しい構成は、以下
の図面を参照した実施例の説明において明らかに
なるだろう。

実施例の説明 第１図に、車高測定用の超音波送波器、受波器
および車両速度測定用の光学センサの配置が示さ
れている。路面Ｌ上方の所定高さＨに、超音波送
波器１および超音波受波器２が設けられ、かつ適
当な支持部材に固定されている。送波器１からは
超音波が路面Ｌに向けて送波され、受波器２は路
面Ｌまたは車両CAで反射して戻つてくる超音波
を受波する。送波される超音波の周波数は、第２
図に実線で示すように、一定周期Ｔで連続的に変
化している。この実施例では、周波数の変化は時
間に関して三角波であるが、他の任意の波形を採
用することができる。たとえば、周波数が下限周
波数から単調に増大し、上限周波数に達したのち
急激に下限周波数になり、再び単調に増大してい
くという変化を一定周期で繰返す鋸歯状波状とす
ると、単調に増大する周波数の変化のみを考慮す
ればよいから信号処理が簡便になる。周波数の変
化周期Ｔは、超音波が送、受波器１および２と路
面Ｌとの間を往復するのに要する時間、たとえば
30ｍｓ以上であることが好ましい。超音波周波数
の上限と下限との間の巾は広い方が望ましいが、
現在では、22〜30KHz程度の帯域巾にわたつてほ
ぼ一定の振幅（感度）で超音波を発生する（検知
する）超音波振動子がある。

第２図において、破線で示されている波形は受
波器２で受波された超音波信号の周波数の変化を
示している。路面Ｌからの反射波は、超音波送波
後、時間tdが経過したときに受波される。これに
対して、車両CAからの反射波は時間tv（＜td）後
に受波される。音速をVs、送、受波器１，２と
車両CAとの間の距離をｈとすると、次式が成立
する。

td＝2H／Vs ……(1) tv＝2h／Vs ……(2) 第２図に示す送波および受波の波形を比較する
ことにより、車両CAの有無および車両CAの縦断
面形状が判定できることが理解できよう。

車高Hcは、車両CAの縦断面形状の上縁上の点
の高さであるから、Hc＝Ｈ−ｈより、第(1)式お
よび第(2)式を用いて次式で表わされる。

Hc＝Ｈ−（tv×Vs）／２ ＝（td−tv）×Vs／２ ……(3) 光学センサもまた路面上方の高さＨの位置に設
置されている。光学センサ内には、車両CAを視
野内にとらえるレンズ４を含む光学系、レンズ４
の結像面上に配置され空間フイルタを構成する検
知アレイ３、および差動増幅回路５が内蔵されて
いる。この光学センサの車両感知領域は、送、受
波器１，２からなるセンサの超音波による車両感
知領域と同一箇所に設定されている。検知器アレ
イ３は、互いに平行にかつ一列状に交互に配列さ
れた細長い多数の光電変換素子３ａ，３ｂからな
り、これらの光電変換素子が１つおきに互いに接
続され、検知器アレイ３からは２つの出力が取出
される。これらの２つの出力は差動増幅回路５に
送られ、この差動増幅回路５からは２つの出力信
号の差信号ｇが出力される。

車両CAが光学系の視野内を通過すると、その
放射光（たとえばヘツド・ライト）または反射光
が検知アレイ３によつて検知され、車両の検知点
の高さおよび車両の速度Ｖに応じた周波数oの
出力信号ｇが差動増幅回路５から得られる。この
出力信号ｇと車両速度Ｖおよび車両までの距離ｈ
との関係は次式で与えられる。

o＝K₁V／ph ……(4) ここでK₁は比例定数、ｐは空間フイルタのピ
ツチであつて、１つおいた光電変換素子３ａまた
は３ｂ間の間隙である。

第(4)式を第(2)式で除すことにより、距離ｈに関
する成分が消去され、信号ｇの周波数は車両速度
Ｖのみの関数に変換されることが容易に理解され
よう。

車両が検知箇所を通過するのに要する時間すな
わち車両を検知している時間Tp（第４図、信号ｉ
参照）を求めれば、車両CAの車長Lcはその測定
された車両速度Ｖを用いて次式で演算される。

Lc＝Tp×Ｖ ……(5) 第３図は車種判別装置の電気的な構成を、第４
図はこの電気回路の各ブロツクの出力信号波形を
それぞれ示している。

クロツク信号発生回路１１は一定周期Ｔの方形
波信号ａを出力し、この信号ａは積分回路１２で
三角波信号ｂに変換される。この信号ｂは電圧制
御発振回路１３に入力する。電圧制御発振回路１
３は、入力電圧に比例した周波数の信号を出力す
る電圧／周波数変換機能をもつ。発振回路１３の
出力信号は電力増幅回路１４に送られ、この増幅
回路１４によつて超音波送波器１が駆動される。
このようにして、一定周期Ｔで周波数が連続的に
変化するすなわち周波数変調された超音波が送波
器１から路面Ｌに向けて送波される。

路面Ｌまたは車両CAで反射し、受波器２によ
つて受波された超音波信号は電圧増幅回路２１で
増幅されたのち、位相比較回路２２に入力する。
この位相比較回路２２は、電圧制御発振回路２４
の出力信号の位相と受波信号の位相とを比較し、
これらの位相差に応じた電圧信号を出力する。こ
の位相差成分は低域通過フイルタ２３に送られそ
の高周波成分が除去される。フイルタ２３の出力
ｃは電圧制御発振回路２４の発振周波数を制御す
る。電圧制御発振回路２４、位相比較回路２２お
よび低域通過フイルタ２３は、フエイズ・ロツク
ド・ループ（PLL）を構成し、このPLLはここ
ではFM復調回路として用いられている。このよ
うにして、受波信号の周波数に比例した電圧信号
ｃが得られる。

積分回路１２の出力信号ｂは遅延回路１５にお
いて、上述の時間tdだけ遅延される。この遅延さ
れた信号ｄと復調された信号ｃとが差動増幅回路
２５に入力し、それらの差信号ｅが得られる。差
動増幅回路２５は、両入力信号の差が零のときに
最大レベルの信号を出力し、両信号の差が零では
ないときには上記最大レベルよりも差分だけ低い
レベルの信号を出力するように構成されている。
したがつて、出力信号ｅは、超音波送波から受波
までの時間tdまたはtv（したがつて第(1)式、第(2)
式よりＨまたはｈ）を表わしている。遅延時間td
は、送、受波器１，２と路面Ｌとの間の距離Ｈを
超音波が往復するのに要する時間であるから、車
両が存在しない場合には両信号ｃとｄとは同形と
なり、差信号ｅは最大レベルとなる。ところが車
両CAが存在する場合には、信号ｅの波形は負側
に向つて、車両CAの縦断面形状と相似形を示す。
信号ｅが比較回路２６において適当なスレシホー
ルド・レベルShで弁別されることにより、車両
の存在を表わす検知信号ｉが得られる。この検知
信号ｉはANDゲート２８，２９のゲート制御信
号として用いられるとともに、インターフエイス
４３を介してマイクロプロセツサ（MPU）４０
に入力する。

音速Vsは温度によつて変化し、時間tdもそれ
に応じて変化する。周囲温度の変化による誤動作
を防止するために、遅延回路１５の遅延時間tdの
温度補償を行なうようにすることが好ましい。し
かしながら、スレシホールド・レベルShを温度
変化による信号ｅのレベル変動を考慮して選定す
れば、必ずしも温度補償回路は必要ではない。

差動増幅回路２５の出力信号ｅはまた反転回路
２７に送られ、反転された信号ｒとなる。この信
号ｒは車両の縦断面形状と相似であり、車高Hc
を表わしている。車高Hcを表わす信号はANDゲ
ート２８に送られる。このゲート回路２８は、車
両検知信号ｉによつてそのゲートが開かれるの
で、信号ｒは車両が検知されたときサンプル・ホ
ールド回路３０に入力する。サンプル・ホールド
回路３０は、入力信号ｒをサンプリング周期ｔで
サンプリングし、かつそれを次のサンプリングま
で保持する。サンプリング周期ｔは、後述するよ
うに、測定された車両速度ＶにもとづいてMPU
４０によつて決定され、車両検知ごとにサンプ
ル・ホールド回路３０に与えられる。サンプリン
グされた信号は、インターフエイス４３によつて
アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換されたのち車
高データとしてMPU４０によつて読込まれる。

差動増幅回路２５の出力信号ｅはさらにＡ／Ｄ
変換回路３１にも送られ、デジタル信号に変換さ
れる。このデジタル信号はプログラマブル・カウ
ンタ３２の設定入力となる。プログラマブル・カ
ウンタ３２は、入力信号（電圧制御発振回路３５
の出力信号）の周波数を、その設定入力をＮとし
て１／Ｎに分周するものである。入力信号の周波
数をとすると、カウンタ３２の出力信号の周波
数は／Ｎとなる。そして設定入力ＮはＡ／Ｄ変
換回路３１の出力によつて与えられ、この出力は
センサから車両までの距離ｈ（または路面までの
距離Ｈ）に比例しているので、K₂を比例定数と
して Ｎ＝K₂h ……(6) と置くことができる。

一方、光学センサの差動増幅回路５の出力ｇは
位相比較回路３３に入力する。この位相比較回路
３３は信号ｇとカウンタ３２の出力信号との位相
を比較し、その位相差に応じた電圧を出力する。
この位相差電圧は低域通過フイルタ３４でその高
周波成分が除去されたのち、電圧制御発振回路３
５に送られその発振周波数を制御する。電圧制
御発振回路３５は、プログラマブル・カウンタ３
２、位相比較回路３３および低域通過フイルタ３
４からなる閉ループによつて、その発振周波数が
＝Noに一致するように制御される。

第(4)式および第(6)式を上述の式＝Noに代入
し、新たな比例定数をK₃とすると、周波数は
次式により表わされる。

＝K₃V ……(7) すなわち、電圧制御発振回路３５の出力信号ｊ
の周波数は、車両速度Ｖのみに比例した値とな
る。この信号ｊは、車両検知信号ｉによつて
ANDゲート２９のゲートが開かれたときに速度
信号ｍとして取出される。速度信号ｍは、インタ
ーフエイス４３において、公知の処理回路たとえ
ば信号ｍのパルス数（周波数）を計数するカウン
タによつて、車両速度Ｖを直接に表わすデータに
変換され、MPU４０に入力する。

MPU４０は車両判別処理を行なうもので、そ
の実行プログラムおよび複数の車種についてその
車高標準パターンをストアしたROM４１、およ
び各種データをストアするためのRAM４２を備
えている。

ROM４１内のパターン・エリヤにストアされ
ている車高標準パターンの例が第５図に示されて
いる。Ａは普通乗用車の車高標準パターン、Ｂは
大型トラツクの車高標準パターンである。これら
の標準パターンの各車高データは、すべての車種
について、一定間隔ｌごとにとられたものであ
る。したがつて、車長の大きい車種ほど車高デー
タ数が多い。一定間隔ｌは、すべての車両におけ
る車長の最大値Lcmax（たとえば10ｍ）を所定数
Ｍで除した値である。この最大車長Lcmaxの車
種の車高データ数がＭである。普通乗用車につい
ての車高標準パターンを構成する各車高データが
ストアされているアドレスをA₁，A₂，……，
A_n、大型トラツクについてのそれらをB₁，B₂，
……，B_nとする。

第６図は、RAM４２内に読込まれた通過車両
のサンプリング・データを示している。サンプリ
ング・データは、RAM４２内のデータ・エリヤ
に、そのサンプリング順（読込み順）に順次スト
アされる。各データのストアされている記憶場所
のアドレスがa₁，a₂，……，a_jで表わされてい
る。サンプリング周期ｔは、上述の間隔ｌおよび
測定された車両速度Ｖを用いて、 ｔ＝ｌ／Ｖ ……(8) で与えられる。この時間ｔは車両が間隔ｌだけ動
くのに要する時間である。このデータ・エリヤは
最大Ｍ個のデータを記憶しうる容量をもつてい
る。

RAM４２内にはまた、第７図に示すように、
車種判別のための一致カウンタとして用いられる
エリヤがある。この実施例では、車両は普通乗用
車、小型乗用車、大型トラツク、小型トラツク、
大型バス、小型バスの６車種に分類され、各車種
ごとに一致カウンタが設けられている。

第８図は、MPU４０の動作を示している。車
両検知信号ｉが入力すると（ステツプ（51））、サ
ンプリング周期ｔを計時するためのMPU３０に
備えられたタイマ（図示略）が計時動作の開始の
ためにリセツトされ（ステツプ（52））、RAM４
２内のデータ・エリヤの先頭アドレスa₁がアドレ
ス・カウンタ（図示略）にセツトされる（ステツ
プ（53））。そして速度データが読込まれ（ステツ
プ（54））、この速度Ｖを用いて第(8)式によりサン
プリング周期ｔが決定される（ステツプ（55））。
決定された周期ｔはサンプル・ホールド回路３０
に与えられる。また、RAM４２内のデータ・エ
リヤがクリヤされる。

サンプリング周期ｔが経過すると（ステツプ
（56））、上記のタイマが再びリセツトされる（ス
テツプ（57））。この後タイマは再び計時動作を開
始する。そして、インターフエイス４３を介して
サンプリングされた車高データが続込まれ、デー
タ・エリヤ内のアドレス・カウンタによつてアド
レスされる記憶場所にストアされる（ステツプ
（58））。次にサンプリング・データをストアする
ためにアドレス・カウンタの計数値に＋１される
（ステツプ（59））。上述のステツプ（56）〜（59）
の処理が時間ｔごとに繰返えされ、サンプリン
グ・データが順次RAM３２内にストアされてい
く。車両検知信号ｉが停止すると車両が通過した
のであるから（ステツプ（60））、データ収集動作
は終了し、車種判別動作に進む。

まずRAM４２のデータ・エリヤのためのアド
レス・カウンタ（第１のカウンタ）に先頭アドレ
スa₁がセツトされ（ステツプ（61））、ROMのパ
ターン・エリヤのためのアドレス・カウンタ（第
２のカウンタ、このカウンタは車種ごとにある）
に先頭アドレス（たとえばA₁）がセツトされる
（ステツプ（62））。これらのカウンタによつてア
ドレスされるサンプリング・データおよび標準パ
ターンの車高データが読出され、かつ比較される
（ステツプ（63））。この比較は、サンプリング・
データとすべての車種の標準パターンの車高デー
タとの間で行なわれる。そして、サンプリング・
データと車高データとの差が最も小さい車種の一
致カウンタ（第７図）に＋１される（ステツプ
（64））。次のサンプリング・データの読出しのた
めに第１のカウンタに＋１され、次の標準車高デ
ータの読出しのために第２のカウンタに＋１され
る（ステツプ（65））。そして、比較の終了したデ
ータ数を計数するためのカウンタCNに＋１され
る（ステツプ（66））。上述のステツプ（63）〜
（66）の処理は、標準パターンの車高データの最
大数Ｍについて比較が終了するまで続けられ、各
比較ごとに、読出されたサンプリング・データに
最も近い値の標準車高データをもつ車種の一致カ
ウンタに＋１されていく。そして、カウンタCN
の値がＭに達すると（ステツプ（67））、一致カウ
ンタの計数値が相互に比較され、計数値の最も大
きい一致カウンタの車種が通過した車両の車種で
あると判定される（ステツプ（68））。

第８図においては、サンプリング周期ｔを
MPU４０においても計時しているが、決定した
周期ｔをサンプル・ホールド回路３０に与えたの
ちは、この回路３０によつて周期ｔを管理させて
時間ｔの経過ごとに回路３０からMPUに対して
割込信号を入力させ、この割込があつたときに
Ａ／Ｄ変換されたサンプリング・データをMPU
４０が読込むようにしてもよい。また上述の車種
判定処理では、サンプリング・データに最も近い
標準車高データの数によつて車種が判定されてい
るが、他の公知のパターン判別の手法を用いるこ
ともできるのは言うまでもない。たとえば、第９
図に示すように、車高標準パターンとして車高デ
ータの許容範囲をあらかじめ定めておき、各サン
プリング・データがこの範囲内に入るかどうかを
判定する。そして、許容範囲内に入るサンプリン
グ・データの数によつて、またはその数が所定数
よりりも多いかどうかによつて車種を判定するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波送、受波器および光学センサ
の配置を示す図、第２図は送波および受波の周波
数の変化を示すタイム・チヤート、第３図は、車
種判別装置の電気的構成を示すブロツク図、第４
図はこのブロツク図の出力信号を示すタイム・チ
ヤート、第５図は車高標準パターンの一例を示す
図、第６図はサンプリング・データ・パターンを
示す図、第７図は一致カウンタを示す図、第８図
はMPUの処理を示すフロー・チヤート、第９図
は車高標準パターンの他の例を示す図である。 １……超音波送波器、２……超音波受波器、３
……検知器アレイ、５，２５……差動増幅回路、
１１……クロツク信号発生回路、１２……積分回
路、１３，２４，３５……電圧制御発振回路、１
５……遅延回路、２２，３３……位相比較回路、
２３，３４……低域通過フイルタ、２６……比較
回路、２７……反転回路、３０……サンプル・ホ
ールド回路、３２……プログラマブル・カウン
タ、４０……マイクロプロセツサ（MPU）、４１
……ROM、４２……RAM、４３……インター
フエイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に周波数が変化させられた超音波信号
   を発生する手段、 路面上方に配置され、この超音波信号によつて
   連続的に駆動される超音波送波器、 路面上方に配置され、車両および路面からの反
   射波を受波する超音波受波器、 超音波受波器の出力信号を周波数復調し、周波
   数の変化分を表わす信号を取出す手段、 送波超音波の周波数変化分を表わす信号と受波
   超音波の周波数変化分を表わす信号とを比較して
   車高を表わす信号を生成する手段、 車両速度を検出する手段、 検出された車両速度により定まるサンプリング
   周期で上記の車高を表わす信号をサンプリングす
   る手段、および、 サンプリングされた車高データと、あらかじめ
   設定されている複数の車種についての車高パター
   ンとを比較して車種を判定する手段、 を備えた車種判別装置。